DE4311454A1 - Raman laser - Google Patents

Raman laser

Info

Publication number
DE4311454A1
DE4311454A1 DE19934311454 DE4311454A DE4311454A1 DE 4311454 A1 DE4311454 A1 DE 4311454A1 DE 19934311454 DE19934311454 DE 19934311454 DE 4311454 A DE4311454 A DE 4311454A DE 4311454 A1 DE4311454 A1 DE 4311454A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
raman
laser
pump laser
radiation
pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19934311454
Other languages
German (de)
Other versions
DE4311454C2 (en
Inventor
Joachim Dr Heppner
Margit Krause-Bonte
Herbert Gross
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hensoldt Optronics GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH, Carl Zeiss AG filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Priority to DE19934311454 priority Critical patent/DE4311454C2/en
Publication of DE4311454A1 publication Critical patent/DE4311454A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE4311454C2 publication Critical patent/DE4311454C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/305—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in a gas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08081—Unstable resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light

Abstract

The pumping laser of a Raman laser has an unstable resonator construction which delivers a beam-quality parameter M<2> of the pumping laser of between 1 and 1.3, or close thereto, during operation in the TEM00 mode. For this purpose, amongst other things, a constant, radially dependent reflection profile of the extraction mirror is provided. Furthermore it is optionally possible to combine different foci of the pumping laser beam and back-reflected Raman radiation at one point in the Raman cell. This results in efficient operation of the Raman cell and a good beam quality of the induced Raman radiation. The Raman laser is suitable for generating laser radiation which is safe for the eyes, for example for use in electro-optical distance measuring equipment. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Raman-Laser, der insbesondere zur Erzeugung von augensicherer Laserstrahlung geeignet ist.The present invention relates to a Raman laser that especially for the generation of eye-safe laser radiation suitable is.

Ein Raman-Laser zur Erzeugung von Laserstrahlung in einem "augensicheren" Wellenlängenbereich ist bereits aus der EP 0 199 793 bekannt. Der dort beschriebene stabile Pumplaser- Resonator des Nd:YAG-Pumplasers liefert Laserstrahlung im Multi-Mode-Betrieb, d. h. es ist keinerlei transversale Modenselektion vorgesehen. Die daraus resultierende, wenig vorteilhafte Strahlqualität des Pumplasers wirkt sich negativ auf die Fokussierbarkeit des Pumplaser-Strahles in die Ramanzelle aus. Die dort induzierte Raman-Strahlung weist außerdem eine hohe Strahldivergenz auf. So resultiert bei einer Pumplaser-Divergenz von 2 mrad etwa eine Divergenz der induzierten Ramanstrahlung in der Größenordnung 6 mrad. Für die Anwendung eines derartigen Lasers in einem Entfernungsmeßgerät hat dies u. a. als Nachteil zur Folge, daß eine aufwendige Sendestrahlengang- Optik mit großen Durchmessern erforderlich ist.A Raman laser for generating laser radiation in one "Eye safe" wavelength range is already out of the EP 0 199 793 known. The stable pump laser described there Resonator of the Nd: YAG pump laser delivers laser radiation in the Multi-mode operation, i.e. H. it is not a transverse one Mode selection provided. The resulting little advantageous beam quality of the pump laser affects negative on the focusability of the pump laser beam in the Raman cell. The Raman radiation induced there also shows high beam divergence. So it results with a pump laser divergence of 2 mrad about one Divergence of the induced Raman radiation in the Order of magnitude 6 mrad. For the application of such Lasers in a distance measuring device has this u. a. when Disadvantage that a complex transmission beam path Large diameter optics is required.

In der Veröffentlichung "An Unstable Resonator Nd:YAG- Laser, D.C. Hannah, L.C. Laycock, Optical and Quantum Electronics 11 (1979) , pp. 153-160" wird ein instabiler Resonator für einen gütegeschalteten Nd:YAG-Laser vorgestellt und eine Reihe von Anwendungen für einen derartigen Resonator, u. a. die Erzeugung induzierter Raman- Strahlung, vorgeschlagen. Zur Realisierung einer instabilen Resonatorgeometrie werden jeweils Auskoppelspiegel verwendet, die ein kreisringförmiges Reflexionsprofil aufweisen. Daraus resultiert im Nahfeld des Pumplasers ebenfalls ein kreisringförmiges Strahlprofil. Ein derartiges Strahlprofil wirkt sich ungünstig auf die Strahlqualität des Pumplaser-Strahles bzw. dessen Fokussierbarkeit in die Ramanzelle aus. Will man eine kompakte Raman-Laser-Anordnung mit einer hohen Leistung der induzierten Raman-Strahlung realisieren, so sind die beschriebenen Pumplaser-Resonatoren demzufolge mit Nachteilen hinsichtlich der resultierenden Strahlqualität der induzierten Raman-Strahlung behaftet. Mit den beschriebenen Pumplaser-Resonator-Konfigurationen ist lediglich eine Strahlqualitätskenngröße M2 für den Pumplaser-Strahl realisierbar, die ca. 3-6mal schlechter ist als die Strahlqualitätskenngröße eines stabilen Resonators im Monomode-, d. h. TEMoo-Betrieb, wie etwa auch im Lehrbuch "Optische Resonatoren, N.Hodgson, H.Weber, Springer-Verlag, 1992" auf Seite 179 ausgeführt ist.In the publication "An Unstable Resonator Nd: YAG Laser, DC Hannah, LC Laycock, Optical and Quantum Electronics 11 (1979), pp. 153-160" an unstable resonator for a Q-switched Nd: YAG laser is presented and a number of applications for such a resonator, including the generation of induced Raman radiation. To realize an unstable resonator geometry, coupling mirrors are used which have an annular reflection profile. This also results in an annular beam profile in the near field of the pump laser. Such a beam profile has an unfavorable effect on the beam quality of the pump laser beam or its focusability in the Raman cell. If one wishes to implement a compact Raman laser arrangement with a high power of the induced Raman radiation, the pump laser resonators described are consequently associated with disadvantages with regard to the resulting beam quality of the induced Raman radiation. With the pump laser resonator configurations described, only a beam quality parameter M 2 can be realized for the pump laser beam, which is approximately 3-6 times worse than the beam quality parameter of a stable resonator in monomode, ie TEMoo operation, as also in the textbook " Optical Resonators, N.Hodgson, H.Weber, Springer-Verlag, 1992 "on page 179.

Aus der Veröffentlichung "The Stimulated Raman Scattering Threshold for a Nondiffraction-Limited Pump Beam, J.C. van den Heuvel et al., IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.28, no. 9, pp. 1930-1936" ist ebenfalls bekannt, daß die Strahlqualität des Pumplasers in einem Ramanlaser Auswirkungen auf die in der Raman-Zelle stattfindenden Streuprozesse und demzufolge auf die induzierte Raman- Strahlung hat. Insbesondere ist eine Abhängigkeit der Schwellen-Pumpleistung der Ramanzelle von der Laserstrahl- Kenngröße M2 des Pumplasers zu beobachten. Diese Abhängigkeit wurde in dieser Arbeit durch eine Variation der Strahlqualitätskenngröße M2 mittels einer Modenblende im Pumplaser-Resonator überprüft. Die beschriebene Modifikation der Strahlqualitätskenngröße M2 stellt jedoch lediglich für einen experimentellen Labor-Aufbau eine annehmbare Lösung dar. Für leistungsstärkere Raman-Laser ist dies keine energetisch günstige Lösung, da die nötige Pumpenergie für die gewünschte Ausgangsleistung bei der erforderlichen Strahlqualität zu groß wäre.From the publication "The Stimulated Raman Scattering Threshold for a Nondiffraction-Limited Pump Beam, JC van den Heuvel et al., IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 28, no. 9, pp. 1930-1936" it is also known that the beam quality of the pump laser in a Raman laser has an effect on the scattering processes taking place in the Raman cell and consequently on the induced Raman radiation. In particular, a dependency of the threshold pump power of the Raman cell on the laser beam parameter M 2 of the pump laser can be observed. This dependence was checked in this work by varying the beam quality parameter M 2 using a mode diaphragm in the pump laser resonator. The described modification of the beam quality parameter M 2 , however, only represents an acceptable solution for an experimental laboratory setup. For more powerful Raman lasers, this is not an energetically favorable solution, since the pump energy required for the desired output power would be too great with the required beam quality.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Raman-Laser zu schaffen, der kompakt baut und insbesondere einen Pumplaser-Resonator aufweist, der eine gute Strahlqualität des Pumplaserstrahles bei einem günstigen Wirkungsgrad des Pumplasers liefert. Ferner soll eine gute Fokussierbarkeit des Pumplaserstrahles sowie eine hohe Umwandlungseffizienz in der Ramanzelle gewährleistet sein. Der Raman-Laser soll vorzugsweise augensichere Laserstrahlung für den Einsatz in der Entfernungsmeßtechnik liefern.The object of the present invention is therefore a To create Raman laser that is compact and in particular has a pump laser resonator that is good Beam quality of the pump laser beam at a low cost Efficiency of the pump laser delivers. Furthermore, a good one Focusability of the pump laser beam and a high Conversion efficiency can be guaranteed in the Raman cell. The Raman laser should preferably be eye-safe Laser radiation for use in distance measurement technology deliver.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Raman-Laser mit den Merkmalen des Anspruches 1.This task is solved by a Raman laser with the Features of claim 1.

Die Vorteile des instabilen Pumplaser-Resonators mit einem Auskoppelspiegel mit radial-abhängigem, stetig verlaufenden Reflexionsprofil, insbesondere die gute Strahlqualität und die daraus resultierende gute Fokussierbarkeit wirken sich günstig auf die Qualität der induzierten Raman-Strahlung aus. Im Vergleich zu konventionellen instabilen Resonator- Geometrien ist bereits im Nahfeld ein glattes und kompaktes Strahlprofil ohne größere Nebenmaxima zu realisieren, d. h. nahezu Betrieb im TEMoo-Mode bzw. eine Strahlqualitäts­ kenngröße M2 des Pumplaser-Strahles in der Größenordnung 1-1.3.The advantages of the unstable pump laser resonator with a coupling-out mirror with a radially dependent, continuously running reflection profile, in particular the good beam quality and the resulting good focusability have a favorable effect on the quality of the induced Raman radiation. Compared to conventional unstable resonator geometries, a smooth and compact beam profile can be realized in the near field without large secondary maxima, ie almost operation in TEMoo mode or a beam quality parameter M 2 of the pump laser beam in the order of magnitude 1-1.3.

Im Vergleich zu stabilen Pumplaser-Resonator-Geometrien ist desweiteren ein Monomode-Betrieb bei gleichzeitig hoher Pumplaser-Effizienz möglich, da keine zusätzliche transver­ sale Modenselektion durch Modenblenden mehr erforderlich ist. Compared to stable pump laser resonator geometries furthermore a monomode operation with a high one at the same time Pump laser efficiency possible because no additional transver sale fashion selection through fashion panels required more is.  

In Nah- und Fernfeld des erfindungsgemäßen Raman-Lasers ist insgesamt ein verbessertes Strahlprofil gegenüber üblichen stabilen Pumplaser-Resonatorgeometrien zu beobachten. Dies zeigt sich in der entsprechenden Strahlqualitätskenngröße der induzierten Raman-Strahlung, die etwa um einen Faktor 2 kleiner ist als die Strahlqualitätskenngröße der indu­ zierten Ramanstrahlung bei der Verwendung stabiler Pumplaser-Resonatorgeometrien, die im Multimode-Betrieb arbeiten.In the near and far field of the Raman laser according to the invention overall an improved beam profile compared to conventional ones to observe stable pump laser resonator geometries. This is shown in the corresponding beam quality parameter the induced Raman radiation, which is about a factor of 2 is smaller than the beam quality parameter of the indu graced Raman radiation when using more stable Pump laser resonator geometries in multimode operation work.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Raman-Lasers ermöglicht zudem eine extrem klein bauende Anordnung, da bereits bei relativ kurzer Resonatorlänge die gewünschte transversale Modenselektion erfolgt. Damit ist ein kompakter Geräte- Aufbau, beispielsweise in einem elektro-optischen Ent­ fernungsmeßgerät möglich. Dessen Sende-Optik kann aufgrund der geringen Divergenz der induzierten Ramanstrahlung bei gleichzeitiger hoher Sendeleistung zudem bedeutend weniger aufwendig dimensioniert werden als etwa bei einem stabilen Pumplaser-Resonator.The construction of the Raman laser according to the invention enables also an extremely small arrangement, since already at relatively short resonator length the desired transverse Mode selection is done. This is a compact device Structure, for example in an electro-optical Ent distance measuring device possible. Its transmission optics can be due the low divergence of the induced Raman radiation simultaneous high transmission power also significantly less be dimensioned more complex than, for example, a stable one Pump laser resonator.

Eine erhöhte Gesamteffizienz des erfindungsgemäßen Raman­ lasers ist desweiteren gewährleistet, wenn der Pumplaser­ strahl und die am Ramanreflektor rückreflektierte Raman­ strahlung in einen gemeinsamen Brennpunkt fokussiert werden, d. h. wenn primärer und sekundärer Raman-Fokus zusammenfallen.An increased overall efficiency of the Raman according to the invention lasers is also guaranteed if the pump laser ray and the Raman reflected back at the Raman reflector radiation focused in a common focus become, d. H. if primary and secondary Raman focus collapse.

Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Raman-Lasers ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.Further advantages and details of the invention Raman lasers result from the following Be description of exemplary embodiments with reference to the accompanying Drawings.

Dabei zeigt It shows  

Fig. 1 die prinzipielle Anordnung der einzelnen Elemente im erfindungsgemäßen Raman-Laser; Figure 1 shows the basic arrangement of the individual elements in the Raman laser according to the invention.

Fig. 2 bis 4 jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Raman-Lasers; FIGS. 2 to 4 each show a further exemplary embodiment of the Raman laser according to the invention;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für den Verlauf des radial-abhängigen, stetigen Reflexions­ profiles auf dem Auskoppelspiegel des instabilen Pumplaser-Resonators. Fig. 5 shows an embodiment for the course of the radially-dependent, continuous reflection profiles on the output mirror of the unstable pump laser resonator.

In Fig. 1 ist die prinzipielle Anordnung der einzelnen Elemente im erfindungsgemäßen Raman-Laser dargestellt. Der Pumplaser mit instabiler Resonator-Geometrie umfaßt u. a. einen Festkörper-Stab (1) als Lasermedium sowie einen für die Pumplaser-Wellenlänge hochreflektierenden Endspiegel (2) und einen teildurchlässigen Auskoppelspiegel (3) mit einem stetig verlaufenden radial-abhängigen Reflexions­ profil R(r). Der Festkörper-Stab (1) wird in bekannter Art und Weise optisch angeregt. Die über den Auskoppelspiegel (3) den Pumplaser verlassende Laserstrahlung (8) wird mit Hilfe eines Kollimationselementes (4) kollimiert und über das als Fokussierelement (6) ausgebildete Eintrittsfenster der Ramanzelle (5) in den in der Ramanzelle (5) liegenden Brennpunkt (9) fokussiert, der im folgenden als primärer Raman-Fokus bezeichnet wird. In der Ramanzelle (5) wird die Pumplaser-Wellenlänge aufgrund der erfolgenden Streu­ prozesse im Ramanmedium um einen definierten Wellenlängen­ betrag verschoben. Die Ramanzelle (5) liefert bei entspre­ chender Wahl der Pumplaser-Wellenlänge induzierte Raman­ strahlung in einem augensicheren Wellenlängenbereich. Die Ramanzelle (5) ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem geeigneten Material, z. B. Methan, unter einem defi­ nierten Druck gefüllt und beidseitig mit Linsen (6, 7) als Ein- und Austrittsfenster abgeschlossen. Die Brennweiten der beiden Linsen (6, 7) sind vorzugsweise so abzustimmen, daß ein paralleler, induzierter Laserstrahl die Ramanzelle (5) verläßt.In Fig. 1 the basic arrangement of the individual elements in the inventive Raman laser is shown. The pump laser with an unstable resonator geometry includes, among other things, a solid-state rod ( 1 ) as the laser medium, as well as an end mirror ( 2 ) highly reflective for the pump laser wavelength and a partially transparent coupling-out mirror ( 3 ) with a continuously running, radially-dependent reflection profile R (r) . The solid-state rod ( 1 ) is optically excited in a known manner. The via the output mirror (3) the pump laser leaving the laser radiation (8) is collimated by means of a Kollimationselementes (4) and via the constructed as a focusing element (6) entrance window of the Raman cell (5) in the lying in the Raman cell (5) focal point (9 ), which is referred to below as the primary Raman focus. In the Raman cell ( 5 ), the pump laser wavelength is shifted by a defined amount of wavelength due to the scattering processes taking place in the Raman medium. The Raman cell ( 5 ) provides, when the pump laser wavelength is selected accordingly, induced Raman radiation in an eye-safe wavelength range. The Raman cell ( 5 ) is in the illustrated embodiment with a suitable material, for. B. methane, filled under a defined pressure and completed on both sides with lenses ( 6 , 7 ) as an entry and exit window. The focal lengths of the two lenses ( 6 , 7 ) should preferably be adjusted so that a parallel, induced laser beam leaves the Raman cell ( 5 ).

Um auch die in Richtung des Kollimationselementes (4) rückgestreute Ramanstrahlung (10) zu nutzen und somit eine Effizienzerhöhung des erfindungsgemäßen Raman-Lasers zu er­ reichen, ist die der Ramanzelle (5) zugewandte Seite des Kollimationselementes (4) als Ramanreflektor (11) ausge­ bildet, d. h. für die Raman-Wellenlänge hochreflektierend beschichtet. Die am Ramanreflektor (11) in Richtung Raman­ zelle (5) rückreflektierte Raman-Strahlung wird in den sekundären Raman-Fokus fokussiert, der im Ausführungsbei­ spiel der Fig. 1 mit dem primären Raman-Fokus (9) zusammenfällt.In order to use the Raman radiation ( 10 ) backscattered in the direction of the collimation element ( 4 ) and thus to achieve an increase in efficiency of the Raman laser according to the invention, the side of the collimation element ( 4 ) facing the Raman cell ( 5 ) is designed as a Raman reflector ( 11 ) forms, ie coated for the Raman wavelength highly reflective. The Raman radiation reflected on the Raman reflector ( 11 ) in the direction of the Raman cell ( 5 ) is focused into the secondary Raman focus, which coincides with the primary Raman focus ( 9 ) in the exemplary embodiment in FIG. 1.

Der instabile Pumplaser-Resonator ist nunmehr so dimensio­ niert, daß er nahezu im TEMoo-Mode arbeitet, bzw. eine Strahlqualitätskenngröße M2 zwischen 1 und 1.3 aufweist. Dies wird u. a. durch die Verwendung eines stetig ver­ laufenden, radial-abhängigen Reflexionsprofiles R(r) des Auskoppelspiegels (3) erreicht. Die Strahlqualitäts­ kenngröße M2 des Pumplaser-Strahles ist dabei definiert als auf den TEMoo-Fall normiertes Produkt aus Strahltaille Xo und Fernfeld-Divergenz R:The unstable pump laser resonator is now dimensioned so that it works almost in TEMoo mode, or has a beam quality parameter M 2 between 1 and 1.3. This is achieved, among other things, by using a continuously running, radially-dependent reflection profile R (r) of the coupling-out mirror ( 3 ). The beam quality parameter M 2 of the pump laser beam is defined as the product of the beam waist Xo and far field divergence R standardized to the TEMoo case:

M2 := (<Xo2<<R2</<Xoo2<<Ro2<)0,5 <= 1M 2 : = (<Xo 2 << R 2 </ <Xoo 2 << Ro 2 <) 0.5 <= 1

Eine Definition dieser dimensionslosen Größe ist z. B. in der Veröffentlichung "Some Historical and Technical Aspects of Beam Quality, H.Weber, Optical and Quantum Electronics 24 (1992), pp. 861-864" zu finden. M2 läßt gemäß der Veröffentlichung "Laser Beam Width, Divergence and Beam Propagation Factor - An International Standardization Approach, D.Wright et al, Optical and Quantum Electronics 24 (1992) pp. 993-1000" der ISO (International Standardization Organisation) über einen experimentellen Aufbau ermitteln durch:A definition of this dimensionless quantity is e.g. B. in the publication "Some Historical and Technical Aspects of Beam Quality, H. Weber, Optical and Quantum Electronics 24 (1992), pp. 861-864" to find. According to the publication "Laser Beam Width, Divergence and Beam Propagation Factor - An International Standardization Approach, D.Wright et al, Optical and Quantum Electronics 24 (1992) pp. 993-1000", M 2 is released by the ISO (International Standardization Organization) determine an experimental setup by:

M2 = (π * DL * DF/4 * α * F),M 2 = (π * D L * D F / 4 * α * F),

wobei:in which:

DL : Strahldurchmesser vor einer Fokussierlinse,
DF : Strahldurchmesser in Brennebene der Fokussierlinse,
α : Wellenlänge
F : Brennweite der Fokussierlinse.D L : beam diameter in front of a focusing lens,
D F : beam diameter in the focal plane of the focusing lens,
α: wavelength
F: focal length of the focusing lens.

Die Strahlqualitätskenngröße M2 kann als invariante Größe verstanden werden, die den Laserstrahl charakterisiert. M2 = 1 bedeutet dabei Betrieb im TEMoo-Mode, M2 < 1 ist anschaulich als Multimode-Betrieb oder Betrieb in einem höheren Transversalmode zu verstehen.The beam quality parameter M 2 can be understood as an invariant variable that characterizes the laser beam. M 2 = 1 means operation in TEMoo mode, M 2 <1 is clearly to be understood as multimode operation or operation in a higher transverse mode.

Die resultierende Strahlqualität, d. h. das näherungsweise gaußförmige Intensitätsprofil über den Strahlquerschnitt, bewirkt eine gute Fokussierbarkeit in die Ramanzelle (5) sowie eine entsprechend gute Strahlqualität der induzierten Ramanstrahlung.The resulting beam quality, ie the approximately Gaussian intensity profile across the beam cross-section, causes good focusability in the Raman cell ( 5 ) and a correspondingly good beam quality of the induced Raman radiation.

In der Anordnung nach Fig. 1 ist bei einer entsprechenden Strahlqualität des Pumplasers nun nicht von vornherein gewähleistet, daß primärer und sekundärer Raman-Fokus in der Ramanzelle zusammenfallen. So kann aufgrund eines Selbstfokussierungs-Effektes eine Verschiebung des primären Raman-Fokus (9) auf der optischen Achse in Richtung des Eintrittsfensters erfolgen. Diese Verschiebung kann je nach Qualität des Pumplaser-Strahles in der Größenordnung einiger mm liegen. Das Eintrittsfenster ist jedoch darauf ausgelegt, die rückreflektierte Raman-Strahlung in den ursprünglichen Brennpunkt zu fokussieren. Soll deshalb eine möglichst effiziente Nutzung der induzierten Raman- Strahlung erreicht werden, so ist es vorteilhaft, wenn gewährleistet ist, daß primärer und sekundärer Raman-Fokus auf jeden Fall in einem Punkt liegen bzw. zusammenfallen. Entsprechende Ausführungsformen für derartig modifizierte Anordnungen des erfindungsgemäßen Raman-Lasers, die die Einhaltung dieser Forderung gewährleisten, werden anhand der Ausführungsbeispiele in den Fig. 2-4 erläutert.In the arrangement according to FIG. 1, with a corresponding beam quality of the pump laser, it is not guaranteed from the outset that the primary and secondary Raman focus coincide in the Raman cell. Because of a self-focusing effect, the primary Raman focus ( 9 ) can be shifted on the optical axis in the direction of the entrance window. Depending on the quality of the pump laser beam, this shift can be of the order of a few mm. However, the entrance window is designed to focus the retroreflected Raman radiation into the original focus. Therefore, if the most efficient use of the induced Raman radiation is to be achieved, it is advantageous if it is ensured that the primary and secondary Raman focus are in any case in one point or coincide. Corresponding embodiments for such modified arrangements of the Raman laser according to the invention, which ensure compliance with this requirement, are explained on the basis of the exemplary embodiments in FIGS. 2-4.

In Fig. 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Raman-Lasers beschrieben, in dem die letztgenannte Forderung erfüllt ist. Als Lasermaterial des Pumplasers dient ein Nd-dotierter YAG-Kristallstab (21) der eine Länge von ca. 5 cm und einen Durchmesser von etwa 4 mm aufweist und in bekannter Art und Weise optisch gepumpt wird. Der Auskoppelspiegel (23) ist unmittelbar auf der der Ramanzelle (25) zugewandten Seite des Nd:YAG-Kristallstabes (21) aufgebracht. Das Reflexionsprofil des Auskoppelspiegels (23) für die Pumplaser-Wellenlänge 1,064 µm weist einen stetigen, radial-abhängigen Verlauf R(r) auf, wobei die Reflektivität R nach außen hin abnimmt. Im Ausführungsbeispiel wird ein super-gaußförmiger Verlauf des radial-abhängigen Reflexionsprofiles mit einem Exponenten m = 2,8 bei einem Spiegel-Durchmesser von 2,6 mm gewählt; der explizite Verlauf des Reflexionsprofiles R(r) wird anhand von Fig. 4 nach näher erläutert. Als Material für die Reflexionsschicht dient TA2O5, das aufgedampft wurde. Vorteilhafte Durchmesser für das Auskoppelspiegel- Reflexionsprofil liegen zwischen 2 mm und 3 mm. Der Pumplaser-Endspiegel (22) besteht aus einer Plan- Konkavlinse, die hochreflektierend für die Pumplaser- Wellenlänge 1,064 µm verspiegelt ist. Der Krümmungsradius der konkaven Seite beträgt 4 m. Die Radien der konkaven Seite des Pumplaser-Endspiegels (12) liegen vorteilhafterweise im Bereich 2-4 m. Unmittelbar benachbart zur planen Seite des plan-konkaven Pumplaser-Endspiegels (22) ist eine sättigbare Absorberfolie (29) als passiver Güteschalter angeordnet. Die Absorberfolie (29) wird über eine Planplatte (28), die für die Pumplaser-Wellenlänge 1,064 µm durchlässig ist, gegen die plane Seite des Pumplaser-Endspiegels (22) gepreßt. Die verwendete sättigbare Absorberfolie (29), beispielsweise ein Q-Switch Acetate Sheet von Kodak, dient zum Realisieren kurzer Laserpulse von ca. 5 ns.A first exemplary embodiment of the Raman laser according to the invention is described in FIG. 2, in which the latter requirement is met. An Nd-doped YAG crystal rod ( 21 ), which has a length of approximately 5 cm and a diameter of approximately 4 mm, is used as the laser material of the pump laser and is optically pumped in a known manner. The coupling-out mirror ( 23 ) is applied directly on the side of the Nd: YAG crystal rod ( 21 ) facing the Raman cell ( 25 ). The reflection profile of the coupling-out mirror ( 23 ) for the pump laser wavelength 1.064 µm has a continuous, radially-dependent course R (r), the reflectivity R decreasing towards the outside. In the exemplary embodiment, a super-Gaussian profile of the radially dependent reflection profile with an exponent m = 2.8 is chosen with a mirror diameter of 2.6 mm; the explicit course of the reflection profile R (r) is explained in more detail with reference to FIG. 4. TA 2 O 5 , which has been evaporated, serves as the material for the reflection layer. Advantageous diameters for the coupling-out mirror reflection profile are between 2 mm and 3 mm. The pump laser end mirror ( 22 ) consists of a plane concave lens, which is highly reflective for the pump laser wavelength 1.064 µm. The radius of curvature of the concave side is 4 m. The radii of the concave side of the pump laser end mirror ( 12 ) are advantageously in the range 2-4 m. Immediately adjacent to the flat side of the plano-concave pump laser end mirror ( 22 ) is a saturable absorber film ( 29 ) as a passive Q-switch. The absorber film ( 29 ) is pressed against the flat side of the pump laser end mirror ( 22 ) via a flat plate ( 28 ) which is transparent to the pump laser wavelength of 1.064 μm. The saturable absorber film ( 29 ) used, for example a Q-Switch acetate sheet from Kodak, is used to implement short laser pulses of approximately 5 ns.

Krümmungsradien des Pumplaser-Endspiegels (22) im Bereich von 2-4 m, sowie die Dimensionierung des stetig verlaufenden Reflexionsprofiles auf dem Auskoppelspiegel (23) gemäß Fig. 4 bewirken innerhalb des erfindungsgemäßen Raman-Lasers eine gute Ausleuchtung des Lasermaterials, während gleichzeitig der Betrieb im Quasi-TEMoo-Mode bzw. eine Strahlqualitätskenngröße M2 im Bereich 1-1.3 garantiert ist.Radii of curvature of the pump laser end mirror ( 22 ) in the range of 2-4 m, as well as the dimensioning of the continuously running reflection profile on the decoupling mirror ( 23 ) according to FIG. 4 effect good illumination of the laser material within the Raman laser according to the invention, while at the same time the operation in quasi-TEMoo mode or a beam quality parameter M 2 in the range 1-1.3 is guaranteed.

Der Pumplaser-Strahl (33) der Wellenlänge 1,064 µm weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine geringe Divergenz von etwa 4,5 mrad auf.The pump laser beam ( 33 ) with a wavelength of 1.064 μm has a low divergence of approximately 4.5 mrad in the exemplary embodiment shown.

Der Pumplaser-Strahl (33) gelangt über ein erstes optisches Korrekturelement (24) auf das als als Fokussierelement (26) mit sammelnder optischer Wirkung ausgebildete Eintrittsfenster der Ramanzelle (25). Das erste optische Korrekturelement (24), ausgeführt als Meniskuslinse, hat für den durchtretenden Pumplaser-Strahl (33) keine optische Wirkung. Das Fokussierelement (26) bewirkt die Fokussierung des Pumplaser-Strahles (33) in den primären Raman-Fokus (34) der Ramanzelle (25), der im dargestellten Ausführungsbeispiel aufgrund des vorher erwähnten Selbstfokussierungs-Effektes um einen definierten Betrag δ in Richtung Fokussierelement (26) verschoben ist. Die der Ramanzelle (25) zugewandte Seite des ersten optischen Korrekturelementes (24) ist desweiteren als Ramanreflektor (30) hochreflektierend für die induzierte Raman-Strahlung ausgelegt, d. h. hochreflektierend für die Wellenlänge 1,540 µm. Dies wird über eine geeignete Beschichtung des ersten optischen Korrekturelementes (24) erreicht. Die vom Ramanreflektor (30) rückreflektierte Raman-Strahlung (31) wird über das Fokussierelement (26) in den sekundären Raman-Fokus (34) in der Ramanzelle fokussiert. Um auf jeden Fall zu gewährleisten, daß primärer und sekundärer Raman- Fokus zusammenfallen, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel die für die rückreflektierte Raman- Strahlung (31) optisch wirksame Fläche des ersten optischen Korrekturelementes (24) mit dem Ramanreflektor (30) so dimensioniert, daß die rückreflektierte Raman-Strahlung auf jeden Fall in den primären Raman-Fokus (34) fokussiert wird.The pump laser beam ( 33 ) passes through a first optical correction element ( 24 ) onto the entrance window of the Raman cell ( 25 ), which is designed as a focusing element ( 26 ) with a collecting optical effect. The first optical correction element ( 24 ), designed as a meniscus lens, has no optical effect for the pump laser beam ( 33 ) passing through. The focusing element ( 26 ) effects the focusing of the pump laser beam ( 33 ) into the primary Raman focus ( 34 ) of the Raman cell ( 25 ), which in the exemplary embodiment shown due to the previously mentioned self-focusing effect by a defined amount δ in the direction of the focusing element ( 26 ) is shifted. The side of the first optical correction element ( 24 ) facing the Raman cell ( 25 ) is also designed as a Raman reflector ( 30 ) to be highly reflective for the induced Raman radiation, ie highly reflective for the wavelength 1.540 µm. This is achieved by means of a suitable coating on the first optical correction element ( 24 ). The Raman radiation ( 31 ) reflected back by the Raman reflector ( 30 ) is focused via the focusing element ( 26 ) into the secondary Raman focus ( 34 ) in the Raman cell. In order to ensure in any case that primary and secondary Raman focus coincide, the surface of the first optical correction element ( 24 ) with the Raman reflector ( 30 ), which is optically effective for the back-reflected Raman radiation ( 31 ), is dimensioned in the illustrated embodiment such that the retroreflected Raman radiation is in any case focused in the primary Raman focus ( 34 ).

Hierbei ist die Dimensionierung des Ramanreflektors (30) bzw. des ersten optischen Korrekturelementes (24) auf die Verschiebung δ des primären Raman-Fokus (34) in Richtung Fokussierelement (26) auszulegen. Primärer und sekundärer Raman-Fokus (34) liegen im dargestellten Ausführungsbeispiel dann nicht mehr in der Mitte der Ramanzelle (25), sondern um den entsprechenden Betrag δ in Richtung Fokussierelement (26) verschoben. Für eine Verschiebung 5 = 8 mm, ergibt sich ein Krümmungsradius von 473 mm für den Ramanreflektor (30), ebenso wie für die dem Pumplaserstrahl (33) zugewandte Fläche des optischen Korrekturelementes (24) bei einer Dicke d = 5 mm und der verwendeten Glassorte BK7. Für den Abstand zwischen dem ersten optischen Korrekturelement (24) und dem Eintrittsfenster (26) der Ramanzelle (25) wurden 10 mm gewählt.The dimensions of the Raman reflector ( 30 ) or the first optical correction element ( 24 ) must be designed for the displacement δ of the primary Raman focus ( 34 ) in the direction of the focusing element ( 26 ). In the exemplary embodiment shown, primary and secondary Raman focus ( 34 ) no longer lie in the center of the Raman cell ( 25 ), but shifted by the corresponding amount δ in the direction of the focusing element ( 26 ). For a displacement 5 = 8 mm, there is a radius of curvature of 473 mm for the Raman reflector ( 30 ), as well as for the surface of the optical correction element ( 24 ) facing the pump laser beam ( 33 ) with a thickness d = 5 mm and the type of glass used BK7. 10 mm were selected for the distance between the first optical correction element ( 24 ) and the entrance window ( 26 ) of the Raman cell ( 25 ).

Vor dem Austrittsfenster (27) der Ramanzelle (25) ist des weiteren ein zweites optisches Korrekturelement (32) mit zerstreuender optischer Wirkung angeordnet, das eine Kollimation der austretenden Raman-Strahlung bewirkt. Für das beschriebene Ausführungsbeispiel wurde für das zweite optische Korrekturelement (32) eine Brennweite f = -530 mm gewählt, der Abstand zwischen dem Austrittsfenster (27) und dem zweiten optischen Korrekturelement (32) beträgt d = 10 mm. Die Position dieses optischen Elementes (32) ist dabei entlang der optischen Achse variabel, um damit eine möglichst exakte Kollimation der emittierten Raman- Strahlung zu ermöglichen.A second optical correction element ( 32 ) with a diverging optical effect is arranged in front of the exit window ( 27 ) of the Raman cell ( 25 ), which causes the emerging Raman radiation to collimate. For the exemplary embodiment described, a focal length f = -530 mm was selected for the second optical correction element ( 32 ), the distance between the exit window ( 27 ) and the second optical correction element ( 32 ) is d = 10 mm. The position of this optical element ( 32 ) is variable along the optical axis in order to enable the emitted Raman radiation to collimate as precisely as possible.

Die im dargestellten Ausführungsbeispiel verwendete Ramanzelle (25) weist eine Baulänge von 120 mm auf und enthält Methan unter einem Druck von ca. 80 bar. Abgeschlossen wird die Ramanzelle (25) durch zwei Linsen mit sammelnder optischer Wirkung als Ein- und Austrittsfenster (26, 27) mit den Brennweiten f = 62,4 mm. Die Brennweiten der beiden Linsen (26, 27) sind so gewählt, daß die Ramanzelle (25) für die Raman-Wellenlänge auf "Unendlich" abgestimmt ist.The Raman cell ( 25 ) used in the illustrated embodiment has a length of 120 mm and contains methane under a pressure of approx. 80 bar. The Raman cell ( 25 ) is closed by two lenses with a collecting optical effect as entry and exit windows ( 26 , 27 ) with focal lengths f = 62.4 mm. The focal lengths of the two lenses ( 26 , 27 ) are selected so that the Raman cell ( 25 ) is tuned to "infinity" for the Raman wavelength.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Raman-Lasers ist in Fig. 3 dargestellt. Der Aufbau des instabilen Pumplaser-Resonators sowie der verwendeten Ramanzelle ist dabei identisch mit dem des Ausführungsbeispieles aus Fig. 2. Für die identischen Teile wurden dabei die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 2. Anders gelöst wird in diesem Ausführungsbeispiel jedoch das Einhalten der Forderung, daß primärer und sekundärer Raman-Fokus zusammenfallen sollen. In diesem Ausführungsbeispiel ist hierzu ein planer Ramanreflektor (45) als separates Element im Strahlengang zwischen einem optischen Korrekturelement (44) und dem Fokussierelement (26) angeordnet. Das optische Korrekturelement (44) korrigiert die erfolgende Verschiebung des primären Raman- Fokus (40) in der Ramanzelle (25) derart, daß der Pumplaserstrahl (41) exakt in die Mitte der Raman-Zelle (25) fokussiert wird. Hierzu erfolgt durch das optische Korrekturelement (44) mit zerstreuender optischer Wirkung eine Aufweitung des Pumplaserstrahles (41) in Abhängigkeit von der zu erwartenden Verschiebung des primären Raman- Fokus (40). Die vom Ramanreflektor (45) in Richtung Ramanzelle (25) rückreflektierte Ramanstrahlung (42) wird vom Fokussier-Element (26) in den sekundären Raman-Fokus (40) in der Zellenmitte fokussiert. Als optisches Korrekturelement (44) wurde eine plan-konkave Linse gewählt, deren konkave Seite einen Krümmungsradius von 237 mm aufweist, die Dicke beträgt 5 mm, die Brennweite f=- 468 mm, als Glassorte wurde BK7 verwendet. Auch diese Anordnung gewährleistet, daß primärer und sekundärer Raman- Fokus (40) zusammenfallen, woraus eine erhöhte Effizienz des erfindungsgemäßen Raman-Lasers resultiert. Alternativ zum dargestellten Ausführungsbeispiel in Fig. 3 können der Ramanreflektor und das optische Korrekturelement selbstverständlich in einem einzigen Element kombiniert werden, indem der Ramanreflektor als Beschichtung auf der der Ramanzelle zugewandten planen Seite der plan-konkav- Linse angeordnet ist.Another embodiment of the Raman laser according to the invention is shown in FIG. 3. The structure of the unstable pump laser resonator and the Raman cell used is identical to that of the exemplary embodiment from FIG. 2. The same reference numerals were used for the identical parts as in FIG. 2. However, in this exemplary embodiment, compliance with the requirement is solved that primary and secondary Raman focus should coincide. In this exemplary embodiment, a planar Raman reflector ( 45 ) is arranged as a separate element in the beam path between an optical correction element ( 44 ) and the focusing element ( 26 ). The optical correction element ( 44 ) corrects the displacement of the primary Raman focus ( 40 ) in the Raman cell ( 25 ) in such a way that the pump laser beam ( 41 ) is focused exactly in the middle of the Raman cell ( 25 ). For this purpose, the pump correction laser beam ( 41 ) is widened by the optical correction element ( 44 ) with a diverging optical effect depending on the expected shift of the primary Raman focus ( 40 ). The Raman radiation ( 42 ) reflected back by the Raman reflector ( 45 ) in the direction of the Raman cell ( 25 ) is focused by the focusing element ( 26 ) into the secondary Raman focus ( 40 ) in the center of the cell. A plane-concave lens was chosen as the optical correction element ( 44 ), the concave side of which has a radius of curvature of 237 mm, the thickness is 5 mm, the focal length f = - 468 mm, and BK7 was used as the type of glass. This arrangement also ensures that the primary and secondary Raman focus ( 40 ) coincide, which results in an increased efficiency of the Raman laser according to the invention. As an alternative to the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the Raman reflector and the optical correction element can of course be combined in a single element in that the Raman reflector is arranged as a coating on the flat side of the plane-concave lens facing the Raman cell.

Ferner ist es möglich, die verwendete Ramanzelle (25) bzw. deren Eintrittsfenster auf eine definierte Verschiebung des primären Raman-Fokus derart auszulegen, daß die Forderung nach zusammenfallendem primären und sekundären Raman-Fokus durch eine geeignete Dimensionierung des Eintrittsfensters erfüllt wird. Ein derartiges Ausführungsbeispiel wird anhand von Fig. 4 beschrieben. Der Aufbau des instabilen Pumplaser-Resonators ist dabei identisch mit denen der Ausführungsbeispiele aus Fig. 2 und Fig. 3. Für die identischen Teile wurden dabei die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 2 und 3.Furthermore, it is possible to design the used Raman cell ( 25 ) or its entrance window for a defined shift of the primary Raman focus in such a way that the requirement for coinciding primary and secondary Raman focus is met by a suitable dimensioning of the entrance window. Such an embodiment is described with reference to FIG. 4. The structure of the pump laser unstable resonator is identical to those of the embodiments of FIG. 2 and FIG. 3. For identical parts have been here, the same reference numerals are used as in Fig. 2 and 3.

Das entsprechend dimensionierte Eintrittsfenster (56) der Ramanzelle (55) gewährleistet, daß der erwähnte Selbstfokussierungs-Effekt bzw. die resultierende Verschiebung des primären Raman-Fokus (50) kompensiert wird. Es entfällt demzufolge das seperate optische Korrekturelement (44) im Strahlengang des Ausführungsbeispieles aus Fig. 3, woraus eine weitere Vereinfachung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Raman- Lasers resultiert. Ferner ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 die Innenseite des Eintrittsfensters (56) als Ramanreflektor (54) ausgebildet. Der Ramanreflektor weist für eine Fokus-Verschiebung δ = 8 mm einen Krümmungsradius von 61,53 mm auf, während die dem Pumplaser-Strahl (41) zugewandte Seite des Eintrittsfensters (56) einen Krümmungsradius von 25 mm besitzt. Es resultiert eine Brennweite des Eintrittsfensters (56) von 78,6 mm. Das Austrittsfenster (57) der Ramanzelle (55) ist genauso dimensioniert wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen.The correspondingly dimensioned entrance window ( 56 ) of the Raman cell ( 55 ) ensures that the aforementioned self-focusing effect or the resulting shift in the primary Raman focus ( 50 ) is compensated for. Accordingly, there is no separate optical correction element ( 44 ) in the beam path of the exemplary embodiment from FIG. 3, which further simplifies the construction of the Raman laser according to the invention. Further, in the illustrated embodiment 4, the inner side of the entrance window (56) is designed as a Raman reflector (54) of FIG.. For a focus shift δ = 8 mm, the Raman reflector has a radius of curvature of 61.53 mm, while the side of the entrance window ( 56 ) facing the pump laser beam ( 41 ) has a radius of curvature of 25 mm. The focal length of the entry window ( 56 ) is 78.6 mm. The exit window ( 57 ) of the Raman cell ( 55 ) is dimensioned exactly as in the previously described exemplary embodiments.

In Fig. 5 ist das radial-abhängige, stetig verlaufende Reflexionsprofil R(r) des Auskoppelspiegels des instabilen Pumplaser-Resonators graphisch dargestellt. Der Mittelpunkt des Auskoppelspiegels liegt bei der Radialkoordinate r = 0. Gewählt wurde eine Reflexionsschicht mit einem stetigen, radial-abhängigem Reflexionsprofil, das prinzipiell der BeziehungIn FIG. 5, the radially-dependent continuously extending reflection profile R (r) is the output mirror of the unstable pump laser resonator plotted. The center point of the coupling-out mirror lies at the radial coordinate r = 0. A reflection layer with a continuous, radially dependent reflection profile was chosen, which in principle corresponds to the relationship

R(r) = Ro * exp (-2 * (r/a)m)R (r) = Ro * exp (-2 * (r / a) m )

genügt, wobei R die Reflektivität und r die radiale Koordinate bezeichnet. Ro ist der Maximalwert der Reflexion, der Parameter m bestimmt die jeweilige "Flankensteilheit", a bezeichnet den Reflexionsprofil- Radius, bei dem die Reflektivität auf Ro/e2 (ca. 13%) abgesunken ist. In Fig. 5 liegt m etwa bei 6, d. h. hier liegt ein Super-Gaußprofil vor. Für m = 2 spricht man von einem Gaußprofil.is sufficient, where R denotes the reflectivity and r the radial coordinate. Ro is the maximum value of the reflection, the parameter m determines the respective "steepness", a denotes the reflection profile radius at which the reflectivity has dropped to Ro / e 2 (approx. 13%). In Fig. 5 m is about 6, ie here there is a super Gaussian profile. For m = 2 one speaks of a Gaussian profile.

Geeignete Werte von m liegen etwa zwischen 2 und 7. Bei der Wahl des Parameters m ist zu beachten, daß ein größeres m wegen einer besseren Ausnutzung des aktiven Mediums durch die anschwingenden Moden zwar eine größere Ausgangsleistung zur Folge hat, jedoch auch eine schlechtere Strahlqualität verursacht, d. h. eine verringerte Fokussier-Effizienz bewirkt. Bei einer Wahl von m zwischen 2 und 7 ist ein akzeptabler Kompromiß zwischen diesen konkurrierenden Effekten erreichbar.Suitable values of m are between 2 and 7 When choosing the parameter m it should be noted that a larger m due to better utilization of the active medium  the rising modes have a larger output power results in poorer beam quality caused, d. H. reduced focusing efficiency causes. With a choice of m between 2 and 7 is a acceptable compromise between these competing Effects achievable.

Das Maximum Ro der Reflektivität für 1,064 µm liegt im Ausführungsbeispiel bei etwa 35% +/-10%. Als Material wird TA2O5 gewählt, das auf den Nd:YAG-Stab aufgedampft wurde.The maximum Ro of the reflectivity for 1.064 µm is about 35% +/- 10% in the exemplary embodiment. TA 2 O 5 is chosen as the material which has been evaporated onto the Nd: YAG rod.

Claims (18)

1. Raman-Laser, bestehend aus
  • - einem Pumplaser mit instabilem Pumplaser- Resonator, wobei der Pumplaser-Resonator Laserstrahlung nahezu im TEMoo-Mode liefert,
  • - mindestens einem Fokussierelement (6, 26, 56), zum Fokussieren des Pumplaserstrahles (8, 33, 41),
  • - einer Ramanzelle (5, 25, 55), in die der Pumplaserstrahl (8, 33, 41) fokussierbar ist,
  • - sowie mindestens einem Ramanreflektor (11, 30, 45, 54), der die in Richtung Pumplaser rückreflektierte Raman-Strahlung (10, 31, 42, 52) wieder in Richtung Ramanzelle (5, 25, 55) umlenkt.
1. Raman laser consisting of
  • a pump laser with an unstable pump laser resonator, the pump laser resonator delivering laser radiation almost in TEMoo mode,
  • - at least one focusing element ( 6 , 26 , 56 ) for focusing the pump laser beam ( 8 , 33 , 41 ),
  • a Raman cell ( 5 , 25 , 55 ) into which the pump laser beam ( 8 , 33 , 41 ) can be focused,
  • - and at least one Raman reflector ( 11 , 30 , 45 , 54 ) which redirects the Raman radiation ( 10 , 31 , 42 , 52 ) reflected back in the direction of the pump laser again in the direction of the Raman cell ( 5 , 25 , 55 ).
2. Raman-Laser nach Anspruch 1, wobei der Pumplaserstrahl (8, 33, 41) eine Strahlqualitätskenngröße M2 zwischen 1 und 1.3 aufweist.2. Raman laser according to claim 1, wherein the pump laser beam ( 8 , 33 , 41 ) has a beam quality parameter M 2 between 1 and 1.3. 3. Raman-Laser nach Anspruch 1 oder 2, wobei der instabile Pumplaser-Resonator einen Auskoppelspiegel (3, 23) mit einem stetig verlaufenden, radial­ abhängigen Reflexionsprofil für die Pumplaser- Wellenlänge umfaßt.3. Raman laser according to claim 1 or 2, wherein the unstable pump laser resonator comprises an output mirror ( 3 , 23 ) with a continuously extending, radially dependent reflection profile for the pump laser wavelength. 4, Raman-Laser nach Anspruch 3, wobei der Pumplaserstrahl (8, 33, 41) in einen primären Raman-Fokus (34, 40, 50) fokussierbar ist, die vom Ramanreflektor (11, 30, 45, 54) rückreflektierte Raman-Strahlung (10, 31, 42, 52) in einen sekundären Ramanfokus (34, 40, 50) fokussierbar ist und primärer und sekundärer Ramanfokus (34, 40, 50) in der Ramanzelle (5, 25, 55) zusammenfallen. 4, Raman laser according to claim 3, wherein the pump laser beam ( 8 , 33 , 41 ) can be focused into a primary Raman focus ( 34 , 40 , 50 ) which is reflected back from the Raman reflector ( 11 , 30 , 45 , 54 ). Radiation ( 10 , 31 , 42 , 52 ) can be focused into a secondary Raman focus ( 34 , 40 , 50 ) and primary and secondary Raman focus ( 34 , 40 , 50 ) coincide in the Raman cell ( 5 , 25 , 55 ). 5. Raman-Laser nach Anspruch 4, wobei zwischen dem Pumplaser und dem Fokussierelement (26) ein erstes optisches Korrekturelement (24) angeordnet ist, dessen dem Fokussierelement (26) zugewandte Seite als Ramanreflektor (30) ausgebildet ist und derartige optische Eigenschaften aufweist, daß ein Rückreflektieren der Raman-Strahlung (31) in den primären Ramanfokus (34) erfolgt und des weiteren ein vor dem Austrittsfenster der Ramanzelle (25) angeordnetes zweites optisches Korrekturelement (32) angeordnet ist, das entlang der optischen Achse verschiebbar ist und ein Kollimieren der emittierten Raman-Strahlung ermöglicht.5. The Raman laser of claim 4, wherein disposed between the pump laser and the focusing element (26) a first correcting optical element (24), the focusing element is formed (26) facing side as a Raman reflector (30) and having such optical properties, that the Raman radiation ( 31 ) is reflected back into the primary Raman focus ( 34 ) and further a second optical correction element ( 32 ) is arranged in front of the exit window of the Raman cell ( 25 ), which can be displaced along the optical axis and collimates of the emitted Raman radiation. 6. Raman-Laser nach Anspruch 4, wobei zwischen dem Pumplaser und dem Fokussierelement (26) ein optisches Korrekturelement (44) und der Ramanreflektor (45) angeordnet sind und das optische Korrekturelement (44) für den Pumplaserstrahl derart dimensioniert ist, daß der Pumplaserstrahl (41) in den sekundären Raman-Fokus (40) fokussierbar ist und der Ramanreflektor (45) eine plane Oberfläche aufweist, die dem Fokussierelement (26) zugewandt ist und für die Raman-Wellenlänge hochreflektierend wirkt.6. Raman laser according to claim 4, wherein between the pump laser and the focusing element ( 26 ) an optical correction element ( 44 ) and the Raman reflector ( 45 ) are arranged and the optical correction element ( 44 ) for the pump laser beam is dimensioned such that the pump laser beam ( 41 ) can be focused into the secondary Raman focus ( 40 ) and the Raman reflector ( 45 ) has a flat surface which faces the focusing element ( 26 ) and has a highly reflective effect for the Raman wavelength. 7. Raman-Laser nach Anspruch 6, wobei der Ramanreflektor auf der planen, dem Fokussierelement zugewandten Seite des optischen Korrekturelementes angeordnet ist.7. Raman laser according to claim 6, wherein the Raman reflector on the plan side facing the focusing element of the optical correction element is arranged. 8. Raman-Laser nach Anspruch 3, wobei das radial­ abhängige Reflexionsprofil des Pumplaser- Auskoppelspiegels (3, 23) der Beziehung R(r) = Ro * exp (-2 * (r/a)m)genügt, wobei R die Reflektivität und r die radiale Koordinate bezeichnet, Ro den Maximalwert der Reflexion, der Parameter m die jeweilige Flankensteilheit und a den Reflexionsprofil-Radius, bei dem die Reflektivität auf Ro/e2 (ca. 13%) abgesunken ist, bezeichnet.8. Raman laser according to claim 3, wherein the radially dependent reflection profile of the pump laser coupling-out mirror ( 3 , 23 ) satisfies the relationship R (r) = Ro * exp (-2 * (r / a) m ), where R is the reflectivity and r denotes the radial coordinate, Ro denotes the maximum value of the reflection, the parameter m denotes the respective slope and a the reflection profile radius at which the reflectivity has dropped to Ro / e 2 (approx. 13%). 9. Raman-Laser nach Anspruch 8, wobei der Parameter m zwischen 2 und 7 liegt.9. Raman laser according to claim 8, wherein the parameter m is between 2 and 7. 10. Raman-Laser nach Anspruch 8, wobei Ro zwischen 30% und 50% liegt.10. Raman laser according to claim 8, wherein Ro between 30% and 50% lies. 11. Raman-Laser nach Anspruch 8, wobei das Reflexionsprofil des Pumplaser-Auskoppelspiegels (3, 23) aus einer aufgedampften Ta2O5-Schicht besteht.11. Raman laser according to claim 8, wherein the reflection profile of the pump laser coupling-out mirror ( 3 , 23 ) consists of a vapor-deposited Ta 2 O 5 layer. 12. Raman-Laser nach Anspruch 3, wobei zwischen dem Pumplaser und dem Fokussierelement (6) ein Kollimationselement (4) angeordnet ist, das eine Kollimation des Pumplaserstrahles (8) bewirkt und auf dessen, dem Fokussierelement (6) zugewandter Seite eine Beschichtung angeordnet ist, die als Raman- Reflektor (11) wirkt.12. Raman laser according to claim 3, wherein a collimation element ( 4 ) is arranged between the pump laser and the focusing element ( 6 ), which collimates the pump laser beam ( 8 ) and on its side facing the focusing element ( 6 ) a coating is arranged which acts as a Raman reflector ( 11 ). 13. Raman-Laser nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Laser-Medium des Pumplasers ein stabförmiger Nd:YAG-Kristall (1, 21) dient, der bei einer Wellenlänge von 1,064 µm Laserstrahlung emittiert.13. Raman laser according to at least one of the preceding claims, wherein a rod-shaped Nd: YAG crystal ( 1 , 21 ) is used as the laser medium of the pump laser, which emits laser radiation at a wavelength of 1.064 µm. 14. Raman-Laser nach Anspruch 13, wobei der Auskoppelspiegel (23) des Pumplasers an einem Ende des stabförmigen Nd:YAG-Kristalles (1, 21) angeordnet ist. 14. Raman laser according to claim 13, wherein the coupling-out mirror ( 23 ) of the pump laser is arranged at one end of the rod-shaped Nd: YAG crystal ( 1 , 21 ). 15. Raman-Laser nach Anspruch 14, wobei der Endspiegel (2, 22) des Pumplasers plan-konkav ausgeführt ist und die dem stabförmigen Nd:YAG-Kristall (1, 21) zugewandte konkave Seite hochreflektierend für die Pumplaser- Wellenlänge ist und der Radius der konkaven Endspiegel-Fläche des Pumplasers zwischen 2 und 4 m liegt.15. Raman laser according to claim 14, wherein the end mirror ( 2 , 22 ) of the pump laser is plan-concave and the rod-shaped Nd: YAG crystal ( 1 , 21 ) facing concave is highly reflective for the pump laser wavelength and Radius of the concave end mirror surface of the pump laser is between 2 and 4 m. 16. Raman-Laser nach Anspruch 15, wobei die benachbart zu der dem stabförmigen Nd:YAG-Kristall zugeordneten planen Seite des Endspiegels (22) eine sättigbare Absorberfolie (29) zur Güteschaltung angeordnet ist, zu der wiederum benachbart eine für die Pumplaser- Wellenlänge transparente Planplatte (28) angeordnet ist.16. Raman laser according to claim 15, wherein the adjacent to the rod-shaped Nd: YAG crystal associated flat side of the end mirror ( 22 ) is arranged a saturable absorber film ( 29 ) for Q-switching, which in turn is adjacent to one for the pump laser wavelength transparent flat plate ( 28 ) is arranged. 17. Raman-Laser nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ramanzelle (5, 25, 55) mit Methan gefüllt ist und bei Verwendung von 1,064 µm- Pumpstrahlung induzierte Ramanstrahlung mit der Wellenlänge 1,540 µm liefert.17. Raman laser according to at least one of the preceding claims, wherein the Raman cell ( 5 , 25 , 55 ) is filled with methane and delivers 1.064 µm pump radiation induced Raman radiation with a wavelength of 1.540 µm. 18. Raman-Laser nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, angeordnet in einem elektrooptischen Entfernungsmeßgerät.18. Raman laser according to at least one of the preceding Claims arranged in an electro-optical Distance measuring device.
DE19934311454 1993-04-07 1993-04-07 Raman laser and its use Expired - Fee Related DE4311454C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934311454 DE4311454C2 (en) 1993-04-07 1993-04-07 Raman laser and its use

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934311454 DE4311454C2 (en) 1993-04-07 1993-04-07 Raman laser and its use

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4311454A1 true DE4311454A1 (en) 1994-10-13
DE4311454C2 DE4311454C2 (en) 1997-03-13

Family

ID=6484978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19934311454 Expired - Fee Related DE4311454C2 (en) 1993-04-07 1993-04-07 Raman laser and its use

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4311454C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104934849A (en) * 2014-03-19 2015-09-23 中国科学院大连化学物理研究所 Confocal unstable resonator Raman laser with seed light
US20200251874A1 (en) * 2019-01-31 2020-08-06 L3Harris Technologies, Inc. Continuous wave end-pumped laser

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007011902A1 (en) 2007-03-13 2008-07-24 Daimler Ag Laser welding device generally useful for welding workpieces includes focussing and collimating lenses and optical magnification (sic) system has longer service life than previous devices

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3668420A (en) * 1970-09-25 1972-06-06 Ibm 1.5 micron raman laser
EP0199793B1 (en) * 1984-11-01 1989-08-02 Hughes Aircraft Company Single mirror integral raman laser
DE4110113A1 (en) * 1990-03-28 1991-10-02 Doryokuro Kakunenryo MULTIMODE RAMAN LASER
DE9113379U1 (en) * 1991-10-28 1992-01-09 Eltro Gmbh, Gesellschaft Fuer Strahlungstechnik, 6900 Heidelberg, De
DE4111835A1 (en) * 1991-04-11 1992-10-15 Eltro Gmbh RAMANLASER

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3668420A (en) * 1970-09-25 1972-06-06 Ibm 1.5 micron raman laser
EP0199793B1 (en) * 1984-11-01 1989-08-02 Hughes Aircraft Company Single mirror integral raman laser
DE4110113A1 (en) * 1990-03-28 1991-10-02 Doryokuro Kakunenryo MULTIMODE RAMAN LASER
DE4111835A1 (en) * 1991-04-11 1992-10-15 Eltro Gmbh RAMANLASER
DE9113379U1 (en) * 1991-10-28 1992-01-09 Eltro Gmbh, Gesellschaft Fuer Strahlungstechnik, 6900 Heidelberg, De

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Brink, D.J. et. al.: Raman frequency shifting: A simple efficient way to VUV and IR generation, in: DE-Z.: Laser und Optoelektronik, Nr. 3, 1982, S. 41-48 *
Cheng, X. et. al.: Efficient XeCl/H¶2¶ Raman shifting to a blue - green region, in: US-Z.: Appl. Phys. Lett., Vol. 51, No. 2, 1987, S. 76-77 *
Feierabend, S.: Neue Materialien für optische dünne Schichten, in: DE-Z.: Laser-Magazin, 4/91, S. 2-3 *
Magni, V. et. al.: Resonators with Variable Reflectivity Mirrors, in: GB-Buch: The Physics and Technology of Laser Resonators, Eds. D.R. Hall and P.E. Jackson, Adam Hilger, Bristol and New York 1989, Ch. 6, S. 94-105, -ISBN 085274-117-0 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104934849A (en) * 2014-03-19 2015-09-23 中国科学院大连化学物理研究所 Confocal unstable resonator Raman laser with seed light
CN104934849B (en) * 2014-03-19 2017-12-26 中国科学院大连化学物理研究所 A kind of confocal unstable resonator Ramar laser with seed light
US20200251874A1 (en) * 2019-01-31 2020-08-06 L3Harris Technologies, Inc. Continuous wave end-pumped laser
US11881676B2 (en) * 2019-01-31 2024-01-23 L3Harris Technologies, Inc. End-pumped Q-switched laser

Also Published As

Publication number Publication date
DE4311454C2 (en) 1997-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19980508B4 (en) Method for the resonant frequency conversion of laser radiation and apparatus for resonance amplification
EP0474683B1 (en) Frequency-doubled laser
DE19955599B4 (en) Wavelength conversion laser and processing apparatus with such a laser
EP1181753A1 (en) Passively mode-coupled femtosecond laser
DE10043269A1 (en) Diode pumped laser amplifier
DE2715844A1 (en) OPTICAL BEAM EXPANDER FOR DYE LASER
DE102012002470A1 (en) CO2 laser with fast power control
EP0556582B1 (en) Frequency doubled solid state laser
DE4101403C2 (en) Semiconductor laser-pumped solid-state laser
EP0741924B1 (en) Transversely pumped solid-state laser
DE19512984C2 (en) Tunable optical parametric oscillator
AT1859U1 (en) SHORT PULSE LASER DEVICE
DE19946176A1 (en) Diode pumped laser with internal frequency doubling
DE4304178C2 (en) Active folded resonator system
DE4311454C2 (en) Raman laser and its use
DE10052461B4 (en) Device for generating laser light
EP0992090B1 (en) Resonator arrangement for solid-state lasers
DE3017624A1 (en) ETALON FOR USE IN LASERS
DE102016106742B3 (en) Laser device with an optical resonator and method for adjusting the laser device
DE4008226A1 (en) Laser diode pumped ring laser - has three crystals forming resonator including Faraday rotation element
DE4345404C2 (en) Use of a solid-state laser system to generate a laser beam in a material processing device
DE19758366B4 (en) Method and apparatus for optically pumping waveguide lasers or amplifiers by light emitted by laser diodes
DE4009116A1 (en) Polarised solid-state laser - has phase-conjugate SBS mirrors with use of differential thresholds to sustain stable emission
DE4111835A1 (en) RAMANLASER
DE4318616C2 (en) Compact unstable laser resonator

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: ZEISS OPTRONIK GMBH, 73447 OBERKOCHEN, DE

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: CARL ZEISS OPTRONICS GMBH, 73447 OBERKOCHEN, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee